3tom042

2. WYTWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ 86

Tablica 2.4 (cd.)

Lp.	Rodzaj elektrowni	Zalety	Wady
10	Wiatrowe	— wykorzystanie naturalnych sił przyrody, — brak zanieczyszczenia środowiska naturalnego	możliwość pracy tylko w zakresie prędkości wiatru 5 —15 m/s, zmienność mocy oddawanej w zależności od prędkości wiatru, małe moce jednostkowe (do 5,0 MW), — ujemny wpływ na krajobraz, duże jednostkowe koszty budowy
11	Heliotermiczne	wykorzystanie naturalnego promieniowania słonecznego, brak zanieczyszczenia atmosfery	zmienność mocy wraz z nasłonecznieniem, mała sprawność (< 30%), duże zapotrzebowanie na teren, — duże jednostkowe koszty budowy
12	Geotermiczne	— wykorzystanie naturalnych źródeł energii. — brak oddziaływania na atmosferę	możliwość budowy jedynie w sprzyjających warunkach geotermicznych mała sprawność (I5*r25%)

Tablica 2.5. Charakterystyka metod bezpośredniego wytwarzania energii elektrycznej z energii naturalnej występującej w przyrodzie

Nazwa generatorów	Zalety	Wady
łlclioclcktryczne	— możliwość wykorzystania energii słonecznej, brak odpadów produkcyjnych i hałasu, — duża trwałość, prostota konstrukcji i eksploatacji, — niska temperatura pracy	— mała sprawność (do 15%, w perspektywie 25%), nieciągłość pracy, duży koszt budowy, małe moce (poniżej 1 MW), — duże zapotrzebowanie na powierzchnię (150-200 W/m²)
Ogniwa galwaniczne i paliwowe	duża sprawność (50-75%), brak oddziaływania na otoczenie	małe moce (do 200 kW z baterii, ale w USA pracuje 4,5 MW), niskie napięcia ogniw, duży koszt budowy, — konieczność używania drogich paliw
Generatory radioizotopowe	— możliwość uzyskania wysokich napięć (setki kV), duża trwałość, — pewność pracy, mała wrażliwość na wstrząsy itp.	— obecność promieniowania, — małe moce (do 100 W), mała sprawność (1 ~ 20%)
Generatory termoelektryczne i termo-emisyjne na energię słoneczną	możliwość wykorzystania energii słonecznej, — duża trwałość	konieczność koncentracji promieniowania słonecznego, — wysokie temperatury pracy (1000--2500 K), — małe moce (do 1 kW), mała sprawność (ok. 15%)

sprężarka powietrza S. Porównawczym obiegiem termodynamicznym dla tego typu elektrowni jest obieg Braytona-Joule’a, którego sprawność teoretyczna jest wyrażona wzorem

(2.27)

Rys. 2.5. Najprostszy (otwarty) układ z turbiną gazową: a) schemat: b) wykres we współrzędnych temperatura-entropia

1 — elektrownie wodne; 2 — jądrowe; 3, 4 — parowe; 5 z turbinami gazowymi

w którym: Zj, T₃ — temperatura spalin za i przed turbiną gazową; p₄, p₂ — ciśnienie za turbiną gazową i za sprężarką; x — wykładnik izentropowy.

Sprawność rzeczywista takiego obiegu wynosi od 20% dla najprostszych do ok. 40% dla bardziej złożonych układów, zaś dla układu skojarzonego z klasycznym parowym (tzw. układ parowo-gazowy) nawet więcej niż 50%.

Elektrownie z silnikami wysokoprężnymi Diesla pracują wg dwóch stopni przemian, gdyż energia spalania paliw ciekłych jest wprost przemieniana w energię mechaniczną w postaci momentu mechanicznego przekazywanego na wirnik prądnicy. Silniki te cechuje duża sprawność teoretyczna obiegu (52 + 64%), zaś sprawność rzeczywista wytwarzania energii elektrycznej wynosi 40+45%. Ten sposób wytwarzania energii elektrycznej jest wykorzystywany zagranicą jako źródła mocy szczytowej, do zasilania niewielkich odbiorów wydzielonych i jako źródła awaryjnego zasilania ważnych odbiorów (np. szpitale) oraz potrzeb własnych elektrowni jądrowych i klasycznych.

Następne trzy rodzaje elektrowni na paliwa organiczne, wymienione w tabl. 2.2, również wykorzystują dwa stopnie przemian i różne proste przetworniki (tabl. 2.1) do wytwarzania energii elektrycznej z energii cieplnej. Generatory magnetohydrodynamiczne wytwarzają energię elektryczną dzięki zjawisku indukcji, towarzyszącemu przepływowi plazmy w silnym polu magnetycznym. Plazmę wytwarza się w specjalnych komorach spalania paliw organicznych, w obecności tlenu i posiewu. Sprawność takiego układu

9umhd ⁼

^MHl)

(2.28)

gdzie: P_MHD — moc elektryczna wytwarzana w generatorze MHD; Qj — moc cieplna dostarczana z paliwem; — sprawność komory spalania; ą_MHD — sprawność generatora MHD.

W praktyce sprawność układu z generatorem MHD jest niewielka (15+20%) i dopiero skojarzenie z klasycznym układem parowym umożliwia osiągnięcie sprawności ogólnej elektrowni MHD-parowych większej niż 50%, zgodnie z zależnością

^^£MHD Qj tłfatfMHD + tł/l^-^MHD^fcs) (2.29)

gdzie. p_tp moc elektryczna wytwarzana w turbozespole parowym; n„ — sprawność ogolna układu parowego.

Generatory termoelektryczne wymagają współpracy z innym wytwornikiem energii P nej doprowadzonej do podgrzania złącza gorącego termoelementu, obecnie wykony-